- •Часть I
- •Оглавление
- •Предисловие
- •Введение
- •1. Основные положения классической электродинамики.
- •1.0. Уравнения Максвелла.
- •1.0.0. Решение уравнений Максвелла для непоглощающего диэлектрика
- •1.0.1. Свойства электромагнитной волны
- •1.0.1.0. Энергия электромагнитной волны
- •1.0.1.1. Давление света
- •1.0.1.2. Закон Снеллиуса
- •1.1. Оптические характеристики проводящих сред
- •1.1.1. Оптические постоянные вещества и его микрохарактеристики
- •1.1.1.0. Временная дисперсия
- •1.1.1.1. Временная дисперсия и частота излучения
- •1.1.1.2. Пространственная дисперсия
- •1.1.2. Дисперсионные соотношения
- •0. Поглощение излучения металлами и их оптические свойства
- •0.0. Распространение электромагнитных волн в проводящих средах. Основные уравнения оптики металлов
- •0.0.0. Скин-эффект и его свойства
- •0.1. Оптические свойства металлов
- •0. Поглощение света и передача энергии в полупроводниках
- •0.0. Оптические процессы в поглощающих полупроводниках
- •0.1. Рекомбинация и захват электронов и дырок в полупроводниках
- •0.2. Процессы передачи энергии в поглощающих полупроводниках
- •0.2.1. Особенности собственного поглощения
- •0.2.2. Внутризонное поглощение
- •0.3. Кинетика фотовозбуждения полупроводников лазерным излучением
- •0.4. Насыщение межзонного поглощения
- •0. Влияние интенсивности излучения на оптические свойства вещества. Нелинейная оптика
- •0.0. Основные эффекты нелинейной оптики
- •0.1. Материальное уравнение нелинейной среды
- •0.2. Нелинейный осциллятор
- •0.2.1. Метод возмущений
- •0.2.2.0. Линейное приближение
- •0.2.3.1. Расчет нелинейной поправки
- •0.3. Осциллятор с кубичной нелинейностью. Зависимость частоты колебаний от амплитуды
- •0.4. Самовоздействие света в нелинейной среде. Самофокусировка
- •0.5. Явление самоиндуцируемой прозрачности
- •0.6. Неоднородный ансамбль нелинейных осцилляторов. Световое эхо
- •0. Изменение поглощательной способности прозрачных диэлектриков в процессе лазерного облучения
- •0.0. Физические представления о механизмах изменения поглощения в идеальных диэлектриках
- •0.0.0. Фотоионизация газа
- •0.0.1. Многофотонная ионизация.
- •0.0.2. Лавинная ударная ионизация
- •0.0.3. Изменение поглощения в идеально чистых прозрачных твердых телах
- •0.0.4. Роль вынужденного рассеяния Мандельштама Бриллюэна
- •0.1. Оптические свойства реальных оптических материалов и покрытий
- •0.1.0. Механизмы инициирования объемного поглощения в первоначально прозрачной среде
- •0. Поверхностные электромагнитные волны оптического диапазона
- •0.0. Основные свойства пэв, структура и распределение полей, условия существования, дисперсионное соотношение
- •0.1. Поверхностные плазмон-поляритоны на границе металла с диэлектриком
- •0.2. Методы возбуждения пэв
- •0.2.0. Призменный метод возбуждения пэв
- •0.2.1. Возбуждение пэв на решетке
- •0.3. Цилиндрические пэв
- •0. Оптическая «левитация»
- •0.0. Оптическая «левитация» малых прозрачных частиц
- •0.1. Элементы теории оптической «левитации»
- •0.1.0. Геометрия отражения и преломления.
- •0.1.1. Энергетика отражения и преломления
- •0.1.2. Формулы Френеля.
- •0.1.3. Силы светового давления
- •0.1.4. Световое давление вдоль пучка
- •0.1.5. Световое давление поперек пучка
- •0.2. Численные оценки
- •Вопросы для самопроверки
- •Рекомендуемая литература
- •Кафедра лазерных технологий и экологического приборостроения
- •История кафедры лт и эп делится на
- •4 Разных периода:
- •1) Лазерное формирование многофункциональных зондов (мз) для зондовой микроскопии с целью создания универсальных зондовых микроскопов.
- •3) Наноструктурирование тонких металлических и полупроводниковых слоев.
- •4) Управление микрогеометрией, наношероховатостью и физико–химичекими свойствами поверхности материалов
- •2. Лаборатория лазерной очистки и реставрации произведений культуры и искусства (пкин) организована совместно с фирмой ооо «Мобильные лазерные системы».
- •Евгений Борисович Яковлев, Галина Дмитриевна Шандыбина Взаимодействие лазерного излучения с веществом (силовая оптика).
Вопросы для самопроверки
1. Какой вид взаимодействия лазерного излучения определяет оптические свойства металла в ИК и видимой области спектра: а) со свободными электронами, б) со связанными электронами, в) с ионами решетки, г) с примесями?
2. В металлах отраженная электромагнитная волна формируется: а) на границе раздела воздух-металл; б) в тонком приповерхностном слое вещества (cкин-слое).
3. Диэлектрическая проницаемость металлов в оптическом диапазоне спектра есть величина: а) положительная; б) отрицательная.
4. Если металл является идеальным проводником, то вся энергия электромагнитной волны: а) отражается от поверхности металла (100%); б) полностью поглощается.
5. Коэффициент отражения металлов достигает больших величин благодаря: а) большому поглощению электромагнитных волн в скин-слое; б) малому поглощению электромагнитных волн в скин-слое.
6. Закон Бугера применительно к металлам можно использовать: а) в дифференциальной форме записи; б) в интегральной форме записи.
7. Почему поглощательная способность металлов резко возрастает, когда частота падающего излучения превышает частоту плазменных колебаний электронов: а) металл приобретает диэлектрические свойства; б) уменьшается концентрация свободных электронов.
8. Какая величина является большой у металлов в оптическом диапазоне: а) поглощательная способность; б) коэффициент поглощения.
9. Свободный нерелятивистский электрон не может поглотить фотон, так как: а) энергия фотона много больше энергии электрона; б) масса электрона много больше «массы» фотона.
10. Поглощательная способность металлов практически не зависит от частоты падающего лазерного излучения в случае: а) низкочастотного нормального скин-эффекта; б) высокочастотного нормального скин-эффекта.
11. Частота каких столкновений электронов проводимости в металлах наибольшая: а) электрон - электронных; б) электрон – фононных; в) электронов с ионами примесей.
12. Чем в первую очередь определяется механизм поглощения света в полупроводниках: а) эффективной массой электронов; б) соотношением между шириной запрещенной зоны и величиной кванта падающего излучения; в) концентрацией примесей?
13. Можно ли считать, что при лазерном воздействии внутренний фотоэффект в полупроводниках обусловлен процессами генерации неравновесных носителей?
14. Зависит ли коэффициент поглощения в полупроводниках от интенсивности падающего лазерного излучения?
15. Какой вид рекомбинации носителей превалирует при высоких лазерных потоках?
16. Эффект насыщения межзонного поглощения обусловлен: а) заполнением числа разрешенных энергетических уровней в зоне проводимости; б) истощением числа поглощающих носителей?
17. Самый высокий коэффициент поглощения в полупроводниках соответствует: а) внутризонному поглощению свободными носителями; б) плазменному поглощению; в) собственному или фундаментальному поглощению; г) экситонному поглощению.
18. Какой знак имеет действительная часть диэлектрической проницаемости в полупроводниках?
19. Почему при анализе взаимодействия сильных световых полей с веществом необходимо рассматривать нелинейный осциллятор?
20. Кокой метод можно применять для решения нелинейных уравнений колебаний осциллятора?
21. В чем принципиальное отличие нелинейных оптических сред от линейных?
22. С чем связан механизм разрушения в идеально чистых прозрачных твердых телах?
23. ПЭВ могут существовать и распространяться вдоль плоских границ раздела двух сред с диэлектрическими проницаемостями одного или разных знаков?
24. Переносимые поверхностной электромагнитной волной поля локализованы вблизи поверхности раздела и затухают: а) по обе стороны от нее; б) в оптически более плотной среде?
25. Энергия ПЭВ сосредоточена в поверхностно-активной среде или циркулирует из одной среды в другую?
26. Чем обусловлен эффект усиления поля при возбуждении светом ПЭВ?
27. Как распространяются цилиндрические ПЭВ?
28. От чего зависит период интерференционного поля, создаваемого падающим лазерным излучением и генерируемой ПЭВ?
29. В чем суть поляритонного механизма образования поверхностных периодических структур?
30. Почему давление света не проявляет своего действия при облучении плоской, тонкой частицы?
31. Когда действие светового давления на эллиптическую частицу будет больше при облучении вдоль большей оси или вдоль меньшей оси?